Dr Haifei Zhan, du Centre QUT pour la science des matériaux, et ses collègues ont modélisé avec succès les capacités de stockage et de libération d'énergie mécanique d'un faisceau de nanofils de diamant (DNT) - une collection de fils de carbone unidimensionnels ultrafins qui stockent l'énergie lorsqu'ils sont tordus ou étirés.

"Semblable à une bobine compressée ou à un jouet à remonter pour enfants, de l'énergie peut être libérée lorsque le faisceau torsadé se défait, " a déclaré le Dr Zhan.

"Si vous pouvez créer un système pour contrôler la puissance fournie par le faisceau de nanofils, ce serait une solution de stockage d'énergie plus sûre et plus stable pour de nombreuses applications."

La nouvelle structure de carbone pourrait être une alimentation électrique potentielle à micro-échelle pour tout, des systèmes de détection biomédicaux implantés surveillant les fonctions cardiaques et cérébrales, à la petite robotique et à l'électronique.

"Contrairement au stockage de produits chimiques tels que les batteries lithium-ion, qui utilisent des réactions électrochimiques pour stocker et libérer de l'énergie, un système d'énergie mécanique lui-même comporterait un risque beaucoup plus faible en comparaison, " a déclaré le Dr Zhan.

« À haute température, les systèmes de stockage de produits chimiques peuvent exploser ou devenir insensibles à basse température. Ils peuvent également fuir en cas de défaillance, provoquant une pollution chimique.

« Les systèmes de stockage d'énergie mécaniques ne présentent pas ces risques, alors rendez-les plus adaptés aux applications potentielles dans le corps humain.

« Des faisceaux de nanofils de carbone pourraient être transformés en muscles artificiels à base de fils torsadés qui réagissent à l'électricité, excitations chimiques ou photoniques.

"Des recherches antérieures ont montré qu'une telle structure faite de nanotubes de carbone pouvait soulever 50, 000 fois son propre poids."

L'équipe du Dr Zhan a découvert que la densité d'énergie du faisceau de nanofils - la quantité d'énergie qu'il pouvait stocker pour sa masse - était de 1,76 MJ par kilogramme, qui était 4-5 commandes plus élevé qu'un ressort en acier conventionnel, et jusqu'à trois fois par rapport aux batteries Li-ion.

"Les matériaux denses en énergie sont très importants pour de nombreuses applications, c'est pourquoi nous recherchons toujours des matériaux légers mais toujours performants.

« Les avantages pour les applications aérospatiales sont évidents. Si nous pouvons réduire le poids d'un système, nous pouvons réduire considérablement ses besoins en carburant et ses coûts."

L'application des faisceaux de nanofils de carbone comme source d'énergie pourrait être infinie, selon le Dr Zhan.

« Les faisceaux de nanofils pourraient être utilisés dans les lignes de transport d'électricité de nouvelle génération, électronique aérospatiale, et émission de champ, piles, textiles intelligents et composites structurels tels que les matériaux de construction.

Les résultats de la recherche ont été publiés par Communication Nature dans l'article : « Ultra-high Density Mechanical Energy Storage with Carbon Nanothread Bundle, " et forment la base du projet ARC Discovery du Dr Zhan - " Un nouveau cadre de modélisation à plusieurs niveaux pour concevoir des faisceaux de nanofils diamantés ".

Le Dr Zhan et son équipe planifient maintenant la production d'un système expérimental d'énergie mécanique à l'échelle nanométrique comme preuve de concept.

Le Dr Zhan a déclaré que l'équipe de recherche passerait les deux à trois prochaines années à construire le mécanisme de contrôle du système pour stocker l'énergie, le système qui contrôle la torsion et l'étirement du faisceau de nanofils.